Elektroliza wody – obiecujące rozwiązanie problemu magazynowania energii słonecznej w systemach pozasieciowych
Problemem w przypadku odnawialnych źródeł energii, takich jak energia słoneczna, jest brak równowagi między podażą a popytem: wytwarzają one nadwyżkę niewykorzystanej energii w miesiącach letnich, kiedy zapotrzebowanie na energię elektryczną jest niskie, a mniej energii w miesiącach zimowych, kiedy zapotrzebowanie na energię wzrasta. Aby temu zaradzić, trzeba uzupełnić system o źródła, które pozwolą zbilansować podaż i popyt na energię. Rozwiązaniem tego palącego problemu może być produkcja wodoru, wykorzystywanego do magazynowania energii ze źródeł odnawialnych. W przypadku korzystania z energii słonecznej produkcja wodoru jest całkowicie czysta. Nadmiar energii jest wykorzystywany do przeprowadzania elektrolizy, czyli procesu rozdzielania wody na jej pierwiastki składowe: wodór i tlen.
Magazynowanie energii wodorowej: najlepsza alternatywa dla systemów pozasieciowych
Zespoły prądnicowe z silnikiem wysokoprężnym są obecnie jednym z najbardziej powszechnych rozwiązań pozasieciowych, działającymi jako źródła zapasowe dla energii słonecznej. Emitują one jednak do atmosfery duże ilości dwutlenku węgla, tlenku azotu i innych szkodliwych związków. Co więcej, koszt ich działania jest w dużej mierze zależny od cen oleju napędowego, którym daleko do stabilności. „Akumulatory mogłyby być kolejnym rozwiązaniem umożliwiającym magazynowanie energii słonecznej w celu jej późniejszego wykorzystania, ale musiałyby być gigantycznych rozmiarów, aby poradzić sobie z wahaniami sezonowymi. Natomiast elektroliza nie tylko może być zasilana przez bezemisyjną energię elektryczną ze źródeł odnawialnych, ale także pozwala uporać się z krótko- i długoterminowymi wahaniami w dostawach energii odnawialnej”, mówi Pedro Casero, koordynator finansowanego przez Unię Europejską projektu ELY4OFF. Uczestnicy projektu ELY4OFF przedstawili autonomiczny system elektrolizy pozasieciowej zasilanej wyłącznie przy użyciu technologii solarnej. „Zaprojektowaliśmy system elektrolizy z membraną do wymiany protonów (ang. proton exchange membrane, PEM) o mocy 50 kW, sprzężony z ogniwem słonecznym. Ten hybrydowy system wytwarza ponad 1,5 tony wodoru rocznie. Technologia elektrolizy PEM odznacza się krótkim czasem reakcji oraz szybkim rozruchem/wyłączeniem. Produkcja wodoru rozpoczyna się w zasadzie natychmiast przy typowych warunkach otoczenia”, wyjaśnia Casero. System hybrydowy pracuje z wysoką wydajnością przy dowolnym obciążeniu, wytwarzając wodór o wysokiej czystości, nadający się do dowolnego zastosowania. Wszystko to jest możliwe dzięki systemowi sterowania i komunikacji, który umożliwia bezpieczną, niezawodną i energooszczędną pracę. Autorzy projektu są dumni z opracowania nowatorskiego systemu połączeń pomiędzy źródłem zasilania a elektrolizerem PEM. Zależnie od obciążenia obecnie stosowane rozwiązania wykorzystujące połączenie prostownika i falownika, wykazują maksymalną sprawność rzędu około 92 %, natomiast rozwiązanie ELY4OFF odznacza się imponującą sprawnością sięgającą aż 97,4 %.
Produkcja wodoru w sieci i poza siecią
Większość producentów elektrolizerów zazwyczaj dostarcza produkty zoptymalizowane pod kątem scenariuszy dotyczących wytwarzania energii w sieci, w których system solarny jest podłączony do sieci energetycznej zapewniającej stabilne i ciągłe zasilanie. Tych rozwiązań nie sposób zastosować w konfiguracjach pozasieciowych, ponieważ w tym przypadku źródło energii jest zmienne – podaż może nawet spaść do zera w ciągu kilku sekund – dlatego elektrolizer musi się wyłączać i uruchamiać codziennie i potrzebuje systemu zapasowego, który zabezpieczy jego podstawowe elementy. Uczestnicy projektu ELY4OFF poradzili sobie z tymi wszystkimi trudnościami. Celem była poprawa efektywności całego procesu – produkcji wodoru oraz całodobowej, niezawodnej pracy systemu hybrydowego. Na całym świecie istnieje wiele miejsc, w których można zainstalować systemy ogniw słonecznych, ale często nie są one wykorzystywane ze względu na brak infrastruktury sieciowej. „Projekt ELY4OFF dowodzi, że przy pomocy energii odnawialnej wodór może być produkowany prawie wszędzie i wykorzystywany do wielu zastosowań: w telekomunikacji, pojazdach zasilanych ogniwami paliwowymi, a nawet w produkcji nawozów”, dodaje na koniec Casero.
Słowa kluczowe
ELY4OFF, elektroliza, pozasieciowe, produkcja wodoru, membrana do wymiany protonów (PEM), magazynowanie energii, energia odnawialna, energia słoneczna
